Luyện tập và ngủ giúp chim hót hay hơn

Luyện tập và ngủ có thể giúp chim hót hay hơn. Sự tái tổ chực hoạt động thần kinh trong khi ngủ giúp những con chim chưa trưởng thành phát triển kỹ năng hót của bản thân, các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Chicago phát hiện.

Ngủ được biết đến với vai trò rộng lớn trong những quá trình học hỏi từng được nghiên cứu ở người, bao gồm học những kỹ năng phức tạp như chơi điện tử viđêo và học cách phát âm mới. Tuy nhiên, cơ chế thần kinh tham gia vào việc củng cố khả năng học hỏi trong khi ngủ vẫn chưa được hoàn toàn hiểu rõ. Để nghiên cứu vấn đề này, các nhà nghiên cứu quy sang một mô hình ở động vật, khả năng phát triển kỹ năng hót ở chim mà từ lâu được cho là tương tự việc học phát âm và ngôn ngữ.

Sylvan Shank, một nghiên cứu sinh bậc tiến sĩ về Tâm lý học, và Daniel Margoliash, giáo sư về Sinh vật học và giải phẫu và về Tâm lý học, công bố trên tờ Nature rằng những con zebra finches chưa trưởng thành lắng nghe bài hót mẫu của chim trưởng thành rồi bắt đầu luyện tập. Hoạt động của nơron thần kinh thay đổi trong giấc ngủ tối sau đó. Hoạt động thần kinh khi ngủ chứa thông tin về bài hót mẫu và phản hồi thính giác của chim khi nghe. Những thay đổi này tạo ra sự tiến bộ trong khả năng hót của chim chưa trưởng thành có thể quan sát thấy trong ngày tiếp theo.

Nghiên cứu là quan sát trực tiếp đầu tiên về hoạt động ban đêm liên quan đến việc học kỹ năng hót.

Margoliash cho biết: “Nghiên cứu này là một bước tiến dài trong việc tìm hiểu tác động của giấc ngủ đối với khả năng học hỏi. Chúng tôi quan sát những con chim chưa trưởng thành từ khi chúng bắt đầu quá trình học hỏi. Chúng tôi thu được hiểu biết về vai trò của thông tin thính giác trong hoạt động ngủ, và sau đó, chúng tôi nghiên cứu tương tác với hoạt động ban ngày dẫn đến sự học kỹ năng hót”.

Sự thay đổi xuất hiện ở vùng não gây ra hành động hót ban ngày, nhưng xuất hiện trước những thay đổi trong khả năng hót. Do đó, phát hiện này cung cấp một giả thuyết thuyết phục về việc làm thế nào quá trình học hỏi này xảy ra. Những con chim chưa trưởng thành thể hiện chu trình phát triển kỹ năng hót phức tạp, phụ thuộc vào giấc ngủ đã từng được quan sát trong những quá trình phát triển giọng nói.

Zebra finches (thuộc học sẻ). Luyện tập và ngủ có thể giúp chim hót hay hơn. Sự tái tổ chức hoạt động thần kinh khi ngủ giúp những con chim chưa trưởng thành phát triển kỹ năng hót của bản thân, các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Chicago phát hiện. (Ảnh: iStockphoto/Andrew Corney)

Độ phức tạp của bài hót của chúng giảm đi vào mỗi sáng, và quay trở lại bình thường vào buổi chiều. Chu trình biến đổi hàng ngày này có vai trò quan trọng trong việc học kỹ năng hót – những con chim có biến đổi lớn nhất trong quá trình phát triển ban đầu là những con học nhanh nhất.

Margoliash cho biết: “Chúng tôi có một mô hình mới về vấn đề này. Vào ban đêm, thông tin thính giác mà chim tiếp xúc ban ngày được tái kích hoạt, làm thay đổi cấu trúc của hệ thống thần kinh. Những thay đổi này tương tác với những thay đổi khi chim nghe bài hót mẫu và luyện tập”. Các tác giả nhận định sự tái kích hoạt thông tin giác quan ban đêm có thể là cơ chế cơ bản khi học hỏi một kỹ năng mới’

Trong nghiên cứu trước đây, Margoliash và nhóm nghiên cứu đã phát hiện những khu vực trong não nơi hoạt động ban đêm được tái kích hoạt. Ở chim trưởng thành, những tế bào đơn lẻ tự phát sinh những chu trình bùng nổ trong giấc ngủ tương tự như những chu trình bùng nổ khi chúng hót ban ngày.

Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã lần đầu tiên quan sát zebra finches chưa trưởng thành. Sử dụng điện cực siêu nhỏ, nhóm nghiên cứu quan sát những thay đổi trong hoạt động thần kinh trong khi ngủ ở vùng não của chim zebra finches chưa trưởng thành tham gia vào quá trình hót – gọi là acropalium (RA).

Shank và Margoliash đầu tiên xem xét tác động của tiếp xúc của những con chim với bài hót mẫu. Sau đó họ mở rộng việc nghiên cứu đến vai trò của phản hồi thính giác trong việc kích thích sự học hỏi. Họ muốn xem liệu những thay đổi trong não trong khi ngủ sau khi tiếp xúc với một bài hót mới có thể được củng cố bằng việc luyện tập và lắng nghe ban ngày hay không. Họ đưa ra giả thuyết rằng sự tương tác của việc lắng nghe, luyện tập và ngủ có thể giải thích quá trình học hót của chim.

Để kiêm tra vai trò của phản hồi thính giác đến khả năng học hỏi của chim, nhóm nghiên cứu sử dụng âm thanh sạch 100 đêxiben để ngăn những con chim có thể nghe được giọng của bản thân. Trong những kiểm tra sau đó đối với hoạt động của não, nhóm nghiên cứu không hề phát hiện thay đổi nào trong hoạt động não sau khi tiếp xúc với âm thanh sạch, kể cả khi những con chim đã nghe bài hót mẫu. Phát hiện này chứng minh sự quan trọng của phản hồi thính giác; sau khi âm thanh sạch được loại bỏ, những con chim bắt đầu học hỏi một cách bình thường.

Margoliash cho biết: “Có một lý thuyểt nổi tiếng gọi là ‘lý thuyết mẫu’ về sự học hỏi ở chim. Lý thuyết này khẳng định rằng một hình mẫu giác quan được hình thành khi lắng nghe tiếng hót của chim trưởng thành, và hình mẫu này được sử dụng để đánh giá phản hồi giác quan. Chúng ta không hề biết trạng thái hoặc hình thức của hoạt động của hình mẫu này. Bây giờ chúng ta hiểu rõ một điều rằng hình mẫu đó có thể tác động đến khả năng học hỏi qua giấc ngủ, và thông tin này được phân phối nhanh chóng đi khắp não”.

Nơron thần kinh trong RA không thể hiện hoạt động thính giác vào ban ngày, tuy nhiên chu trình hoạt động ban đêm thể hiện những tín hiệu thính giác. Margoliash dự đoán rằng “có thể những giấc mở trở nên hấp dẫn vì những có thêm những khu vực được sử dụng để tái tạo những phản hồi giác quan”.